Электронное реле максимального тока

реИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты электроустановок от токов короткого замыкания, и может быть исполь" зовано, например, в полупроводниковых быстродействующих выключателях.Известны устройства, позволяющие частично или полностью устрайить вли" яние изменения температуры окружающей среды на точность работы основных блоков реле тока, измерительного преобразователя и порогового блока, выполняющего функцию сравнения с уставкой.Известно устройсщее собой измерителтель тока, в которопературной погрешносовместном выборе трактеристик отдельнрительного преобраз тво, представляюьный преобразооа" м компенсация. тем сти основана на емпературных хаых элементов изме ователя тока. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ ССОР(54) ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГОТОКА(57) Использование:. может быть использовано в полупроводниковых быстродействующих выключателях. Сущностьизобретения: введение второго измерительного преобразователя тока вчастоту следования импульсов, выполненного в виде второго автогенератора, в цепь обратной связи котороговключен второй индуктивный элементна ферромагнитном сердечнике, Этопозволяет повысить точность срабатывания реле. 5 ил. Недостатками реле. тока являются сильное влияние нестабильности пита- ф ющего напряжения на точность работы реле тока, что вызывает необходимость применения высокостабильного источника питания, а также низкая чувствительность полупроводниковых преоб" разователей магнитного поля, что вызывает необходимость введения промежуточных усилителей сигнала.Известно также реле тока, которое содержит измерительный преобразователь тока в контролируемой цепи в частоту следования импульсов, преобразователь частоты в напряжение, поро- Ъф говый блок. Измерительный преобразователь тока представляет собой автогенератор, схема которого в качестве эле-ментов обратной связи содержит конденсатор и катушку индуктивности, выполненную на ферромагнитном замкну 1725312том сердечнике, причем проводник сконтролируемым током расположен в окне замкнутого сердечника.Недостатки устройства - низкая5тоцность при изменении температурыокружающей среды, влияние нестабильности питающего напряжения на точность срабатывания реле. При этом низкая точность обусловлена как изменением характеристик материалов и элементов конструкции реле при воздействии внешних факторов (зависимостьмагнитной проницаемости ферромагнитного материала сердечника от температуры, зависимость емкости конденсаторов от температуры, зависимость уставок срабатывания и отпускания .Отуровня питающего напряжения и т.д,),так и избыточной функциональной сложностью устройства, содержащего в своем составе преобразователь частоты внапряжение, пропорциональное токунагрузки, что приводит к необходимости учета дополнительной погрешности, вносимой данным функциональным узлом.Цель изобретения - повышение точности реле тока путем автоматическойкомпенсации изменения электрической величины, содержащей информацию о значении тока в контролируемой цепи,вызванного воздействием факторов, не связанных с аварийным увеличением тока, соответствующим изменениемзначения уставки, с которой произво=дится сравнение.Поставленная цель достигается тем, цто в электронном реле макси О мального тока, содержащем измеритель-. ный преобразователь тока в частоту следования импульсов, выполненный в виде первого автогенератора, в цепи обратной связи которого включен пер вый индуктивный элемент на ферромагнитно 11 сердечнике, который предназ, начен для установки непосредственно в магнитном поле проводника с контролируемым током, последовательно 50 соединенные пороговый блок и расширитель импульсов, выход которого яв"; ляется выходом реле, дополнительно введен второй измерительный преоб,разователь тока в частоту следования 5 импульсов, выполненный в виде второго автогенератора, в цепи обратной связи которого вклюцен второй индуктивный элемент на ферромагнитном сердечнике, который предназначен для установки вне воздействия магнитного поля проводника с контролируемым током, магнитные характеристики материалов ферромагнитных сердечников первого и второго индуктивных элементов при воздействии на них магнитного поля проводника с контролируемым током выбраны идентичными, при этом пороговый блок выполнен в виде первого и второго интегральных сцетциков импульсов, тактовые входы которых соединены с выходами первого и второго автогенераторов соответственно, вход сброса второго интегрального счетчика импульсов подключен, к общей шине, выход соединен с входом сброса первого интегрального сцетцика им.пульсов, выход которого является выходом порогового блока.Благодаря тому, цто в реле тока пороговый блок производит сравнение частотных сигналов с выходов первого и второго автогенера 1 оров, первый и второй автогенераторы выполнены по аналогичным схемам и с применением Однотипных элементов, относительное изменение частоты первого измерительного преобразователя тока, вызванное, влиянием температуры или нестабильностью питающего реле напряжения, в значительной . мере соответствует относительному изменению частоты второго измерительного преобразователя тока, В пороговом блоке. происходит компенсация факторов, не связанных с аварийным увелицением тока, цто обеспечивает высокую тоцность срабатывания реле. На фиг. 1 приведена блок-схема электронного реле максимального тока; на фиг. 2 - типицная для ферромагнитного материала зависимость магнитной проницаемости р от напряжеНности магнитного поля Н; на фиг, 3 - принци пиальная электрическая схема электронного реле максимального тока;на фиг. 4 - временные зависимости сигналов на выходах элементов устройства в нормальном эксплуатационном режиме; на фиг. 5 - временные зависимости сигналов на выходах элемен. тов устройства в аварийном режиме.Электронное реле максимального тока содержит первый индуктивный эле71253 рого индуктивного элемента 4, На выходе 10 второго интегрального счетчика 9 импульсов формируется сигнал счастотой, в Е раз меньшей сигнала на выходе 6 второго автогенератора 3. Выбор конкретного значения числаопределяется исходя из требуемой точности и производится выбором одногоиз выходов ЯЯп втоРого интегРаль ного счетчика 9 импульсов. Считая,что второй индуктивный элемент 4 неиспытывает воздействия магнитногополя контролируемого тока, выборомзначения магнитной проницаемости вточке 2 кривой О=2(Н) задана определенная частота на выходе 10 второго интегрального счетчика 9, являющаяся частотой уставки срабатывания реле. Частотный сигнал с выхода 10 является управляющим по отношению к, первому интегральному счетчику. 8. Под действием сигнала, поступающего на вход сброса К первого счетчика 8, последний находится либо в состоянии 20 25 запрета подсчета импульсов, поступающих от первого автогенератора 2 с одновременным обнулением всей информации на своих выходах ЧЦд, либо в состоянии, разрешающем подсчет импульсов. На временной диаграмме фиг. 4 промежуток от момента , до момента С соответствует режиму разрешения счета. При .этом в нормальном режиме не происходит переключения выхода счетчика 8 (одного из выходов ), .так как частота на выходе 5 первого автогенератора 2 мала. и счетчик 8 не успевает за отведенное время сосчи тать установленное количество импульсов. Поэтому на фиг4, изображающей состояние элементов схемы в нормальном режиме, сигналы Бц и Б,ы изображены низким логическим уровнем.От момента времени с (фиг. 4) до момента последующего разрешения .подсчета тактовых импульсов счетчиком 8 устройство нечувствительно к измерению тока в контролируемой цепи и готовится к следующему циклу измерения, осуществляя сброс накопленной информации. После того,как на вход сбро" са К счетчика 8 поступит следующий разрешающий сигнал длительностью от момента 1 до момента с , устройство снова контролирует ток в защищаемой цепи. В случае аварийного режима 12уменьшается магнитная проницаемость первого индуктивного элемента 1, уменьшается значение индуктивности в одной из цепей обратных связей ав-, тогенератора, где включен индуктивный элемент и растет частота колебаний на выходе 5 автогенератора 2. При превышении частотой на выходе 5 автогенератора 2 частоты на выходе 6 авто- генератора 3 на временной диаграмме фиг. 5, соответствующей аварийному режиму, появляется импульс длительностью от момента С до момента С в точке, характеризующей потенциал выхода счетчика 8 Ж н ) и непрерывный сигнал с момента временив точке, характеризующей потенциал выхода реле тока Жц). Предположим, что выбраны выходыинтегральных счетчиков 8 и 9, обеспечивающие деление частот, поступающих на тактовые входы, на 32, В момент времени й Фиг. 5 напряжение Оо низкого уровня разрешает подсчет первому интегральному счетчику импульсов 8 импульсов, поступающих на тактовый вход С, По сле подсчета 16-ти положительных фрон- тов тактовой частоты в момент времени с фиг. 5, выход Кд первого интегрального счетчика 8 выдает сигнал высокого уровня до момента времени с з Фиг. 5, при котором происходит обнуление информации на выходах Яд Цп первого интегрального счетчика 8, Появление сигнала высокого уровня на выходе Я первого интегрального счетчика 8 означаетпревышение кон:тролируемым током порогового значения.Применением интегральных счетчи" ков, содержащих в своем составе дешифраторы, можно свести время нахождения устройства в состоянии нечувствительности до значения, равного периоду одного импульса на выходе 6 второго автогенератора 3Не исключается возможность, что определенное включение индуктивного элемента 1 в схему автогенератора 2 вызовет уменьшение частоты колебаний на выходе 5 пои уменьшении значения магнитной проницаемости сердечника от воздейст 1 вия магнитного поля и,следовательно, уменьшении значения индуктивности первого индуктивного элемента В этом случае временной диаграмме10 15 20 на фиг. 4 соответствует аварийныйрежим, а временной диаграмме нафиг. 5 соответствует нормальный эксплуатационный режим. При необходимости, можно перейти к обычным уровням сигналов, произведя операцию инвертирования. В качестве расширите:ля 12 импульсов может быть использован либо ждущий мультивибратор сдлительностью выходного импульса,1 превышающей длительность периода колебаний на выходе 10 второго интеграль 1 ного счетчика 9, либо интегральныйКЯ-триггер. На фиг. 3 изображен ва,риант принципиальной схемы устройства, Схемы автогенераторов могут бытьпросты и содержать минимум элементов,Питание всех микросхем в схеме нафиг. 3 осуществляется от одного источника, точка включения напряженияпитания обозначена 0 . Точная настройка на уровень срабатывания осуществляется либо изменением величиныхарактеристик магнитного поля, воздействующего на ферромагнитный сердечник первого индуктивного элемента1 при неизменном токе в контролируемой цепи, либо подбором или подстройкои номиналов элементов цепи обратнойм30связи одного из автогенераторов, либо выбором одного из выходов ЯЯлюбого из счетчиков, при этом выбран-.ные выходы счетчиков не соответствуют друг другу.При воздействии изменения темпера"туры или нестабильности питающего реле напряжения относительное изменение,частоты первого автогенератора 2 примерно соответствует относительному.изменению частоты второго автогенератора 3 .при значении тока в контроли"руемой цепи, близком к току срабатывания реле, так как схемы автогенера 45торов аналогичны и выполнены с применением однотипных элементов, что, вконечном итоге, не вызывает заметногоувеличения погрешностисрабатыванияреле. При работе в устройствах защиты 0цепей переменНого тока. промышленныхчастот предлагаемое реле тока реагирует на превышение мгновеннйм значением тока заданного уровня, При этомчастота работы интегральных счетчиков(должна .быть как можно вышечастоты:колебаний, контролируемого тока. Учи-.тывая, .что современные интегральные счетчики работают при частотах, пре-. вышающих 1 МГц, указанное условие легко выполнимо,Предлагаемое устройство, сохраняя присущие для электронных реле тока свойства: высокое быстродействие и надежность, отличается высокой точностью и возможностью реализации в микроэлектронном исполнении. Возможность реализации в микроэлектронном исполнении обусловлена тем, что схема устройства проста, реализована на полупроводниковых интегральных элементах, а высокая частота работы элеМентов схемы позволяет снизить номиналы и, следовательно, габариты примененных реактивных элементов.Формула изобретенияЭлектронное реле максимального тока, содержащее измерительный преобразователь тока в частоту следования импульсов, выполненный в виде первого автогенератора, в цепи обратной связи которого включен первый индуктивный элемент на ферромагнитном сердечнике, который предназначен для установки непосредственно в магнитном поле проводника с контролируемым током, последовательно соединенные порьговый блок и расширитель импульсов, выход которого является выходом реле, о т л и ч а ю щ е е с я тем, то, с целью повышения точности срабатывания реле путем автоматическойкомпенсации погрешности, вызванной влиянием внешних факторов, дополнительно введен второй измерительный преобразователь тока в частоту следования импульсов, выполненный в виде второго автогенератора, в цепи обратной связи которого включен второй индуктивный элемент из ферромагнитном сердечнике, который предназначен для установки вне воздействия магнитного поля проводника с контролируемым током, магнитные характеристики материалов ферромагнитных сердечников.первого и второго индуктивных элементов при воздействии на них магнитного поля проводника с.контролируемым током выбраны идентичными, при этом пороговый блок выполнен в виде первого и второго интегральных счетчиков импуЛьсов, тактовые входы11 1725312 которых соединены с выходами первого и второго автогенераторов соответственно,вход сброса второго интегрального счетчика импульсов подключен. к 12общей шине, выход соединен с входом сброса первого интегрального счетчика импульсов, выход которого является выходом порогового блока.1725312 Т СССР Заказ 1181 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д, 4/5 омбинатрина,1 ент", г,Ужгород Производственно-издател Составитель А.СуворовРедактор С.Патрушева Техред А,кравчук , Корректор А.Обруч